光纖Bragg光柵(FBG)是構成全光纖激光器的關鍵器件，主要用作激光反饋腔鏡和濾波器。

目前FBG主要是利用紫外連續或準分子激光在光敏光纖上刻寫。然而傳統紫外激光制備的光纖布拉格光柵熱穩定性差，高溫條件下易被擦除，需要繁瑣的光纖載氫預處理，不適用于高溫環境。而飛秒激光微納加工技術由于具有無熱效應影響、加工材料范圍廣、突破衍射極限的加工精度以及能夠在透明材料內實現三維加工等優點，被用于玻璃、晶體、金屬等各類材料的微納加工。同時光纖光柵飛秒激光制備技術也引起了廣泛關注。

那么，飛秒激光制備FBG的方法有哪些優勢和特點？

一

FBG飛秒激光制備技術

飛秒激光具有極窄的脈沖寬度和極高的峰值功率，可用于加工任何材料，同時也適用于制備光纖光柵刻寫技術。光纖光柵飛秒激光刻寫技術具有以下特點:
１) 加工工藝簡單；
２) 對光纖材料沒有限制；
３) 折射率調制度高；
４) 制備的FBG耐溫性好；
５) 刻寫的FBG帶外損耗??；
６) 在光纖內刻寫的光柵位置靈活可控，可調控FBG雙折射及模式耦合特性。

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FBG飛秒激光刻寫方法

由于飛秒激光脈沖極短，空間長度僅在數十微米，對雙光束干涉裝置穩定性要求極高，因此常用的FBG飛秒激光刻寫方法主要包括相位掩模板法和直寫法兩種。

1）相位掩模板法

利用相位掩模板法刻寫光纖光柵的加工裝置。飛秒激光經柱透鏡聚焦后入射到相位掩模板上，在掩模板后產生零級以及對稱分布的±1級等各級衍射光。由于極少的零級和其他高級衍射光仍然會對±1級的雙光束干涉強度分布產生影響，因此光纖需要離掩模板有一定的距離。此時，±1級衍射光和零級以及其他各級衍射光由于走離效應(walk-offeffect)在時間上分開,形成單純的±1級干涉，從而避免產生塔爾博特(Talbot)效應

2）飛秒激光直寫法

飛秒激光直寫法是利用顯微物鏡將飛秒激光聚焦在光纖內部，通過光纖的精密移動逐一寫出FBG的每一個周期結構。其研究過程主要從點到線，再到面的一個過程。

飛秒激光直寫法可以靈活調控刻寫光柵的周期、長度、折射率調制度分布，制備出具有折射率調制以及長度和色散可控的光纖光柵。此外，相對于相位掩模板法，飛秒激光直寫法更容易實現隔涂覆層加工，有效保持光纖的強度和物理完整性。但是該方法對設備穩定性和精度要求較高，目前普遍采用 Aerotech公司的空氣導軌電動平移臺控制光纖移動，價格昂貴。此外，相對于相位掩模板法，該方法制備的光柵容易在短波長處產生較強的永久性損耗，用于激光器中時高功率下容易產生光學損傷。

二

飛秒激光制備光纖光柵的應用

光纖激光器的輸出波長覆蓋了近紅外(摻雜鉺、鐿、鉺鐿共摻等)和中紅外波長(摻雜銩、鈥、鏑、鉺等)。由于石英光纖在2 μm以上損耗較大，因此主要用于2 μm以下光纖激光器。從光纖纖芯直徑、模式來看，目前光纖激光器所用的FBG主要有小纖芯直徑的單模光纖、多模光纖和大模場光纖，其中大模場光纖主要用于高功率激光器。

光纖材料、摻雜離子是決定刻寫FBG機制和性能的關鍵因素，而光纖材料基本上決定了光纖激光器輸出波長的范圍。下面將以光纖激光器的工作波長以及光纖直徑作為分類，探討飛秒激光刻寫FBG技術在光纖激光器領域的應用。

三

飛秒激光激光直寫光纖光柵加工系統

津鐳光電研發的 GLFs-FBG系列直寫光纖光柵加工系統，主要采用飛秒激光直寫法，是針對光纖光柵（FBG）及光纖其他微結構加工的設備。具有穩定，操作靈活和高效等特性，設備集成度高，體積小，更方便運輸和使用。系統通過一體化軟件控制完成加工，不需要使用相位掩模版，有更高的靈活性，可用于逐點（PBP）和逐行（LBL）加工，加工精度可達到亞微米量級。

本文部分內容摘編自：呂瑞東,陳濤,范春松等.飛秒激光制備光纖 Bragg光柵在光纖激光器中的應用[J].激光與光電子學進展,2020, 57(11):111426

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